植物的生长方向跟什么有关？
很少有人去思考，植物的枝干为什么往上长，根却往地下扎。我们知道，人很容易分辨方位，因为人有一套非常复杂的感觉系统，那么，植物怎么分清方向呢？植物也有感觉器官吗？目前，科学家希望借助空间科学，揭示植物的生长奥秘。达尔文也没有找到答案
当花盆中的植物长到一定的高度后，把花盆倾斜，但植株仍会朝上生长。这一现象引起科学家的兴趣。
科学家们首先想到的是重力，他们从物理学角度认为，地球的引力一定是影响植物生长方向的重要因素。当时，进化论的鼻祖达尔文曾观察到，植物的芽和根在改变生长方向时，各部分细胞的生长速度不同，但这一切又是由谁来决定的呢？达尔文无法做出更进一步的解释。
1926年，美国植物生理学家弗里茨·温特做了一个实验，他使植物的胚芽鞘一面受光，另一面对着无光的黑暗处。结果胚芽鞘的生长发生了有趣的变化，渐渐朝着有光的方向弯曲。后来，温特从胚芽鞘中分离出一种植物生长素，它具有促使植物生长的功能。当胚芽鞘受到光照时，生长素就聚集到遮荫的一侧，而生长素的积累使遮荫部分生长加快，受光部分则由于缺少生长素而生长较慢，导致植物生长弯曲。于是温特认为，植物茎或叶片的弯曲是由于生长素在组织内的不对称分布造成的。
许多植物的生长都有向光性，但在北半球许多森林中的树木，其主干都是笔直朝上生长的，而太阳从来没有在它们的正上方光顾过，况且有些树木还是从一些被埋在见不到阳光的土壤里萌发出来的。
温特发现植物生长素的秘密后，很多科学家又发现植物根总是朝着地心引力的方向生长。
植物根总是朝着地心引力的方向生长，通过植物生长素在根细胞里不同的分布来实现，于是这些科学家提出，也许有一种被称为“平衡面”的重力感应物流向根细胞的底部，从而影响生长调节剂在细胞中的分布。可是这种“平衡面”究竟属于何物？又是如何起作用的呢？科学家们一时无法知晓。
科学家认为，重力在植物的方向感知方面充当了某种重要角色，并且影响着植物的诸多表现行为，但植物究竟怎样“感觉”到重力的牵引，并以何种方式回应重力的牵引作用尚不清楚。重力的牵引是如何导致植物在生长过程中的生化反应变化，又成为科学家感兴趣的研究内容。无机钙不可忽视的作用
近年来，美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔·埃文斯以及同事提出了新的理论：无机钙对于植物的生长方向起着举足轻重的作用。他们在研究中发现，植物的弯曲生长过程中，无论是根冠下侧部位还是芽的上侧部位，都存在着高含量的无机钙。
那么，无机钙又是如何使植物辨别方向的呢？埃文斯解释说，因为根冠有着极为丰富的含淀粉体的细胞，在重力的作用下，淀粉体就会把内部的钙送到根冠下侧。这时，如果用特殊的实验手段去阻止钙的移动，植物就不会按正常的方式去生长。同样，植物的芽虽然没有冠部，但也含有丰富的淀粉体，淀粉体也能将其内部的无机钙送到上侧的细胞中，这说明，无机钙对植物生长方向起着不可忽视的重要作用。
重力是向下的 为什么花草树木向上生长？
*一、植物的生长有向光性!而太阳光是从上照下来的.第二、植物能感知重力的方向并与之相反的方向生长
植物的向重力性
向重力性（gravitropism）
向重力性是植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性。目前，对向重力性的研究已发展成为一新兴学科一重力植物生理学。重力植物生理学在当代空间生命科学中具有举足轻重的地位，肩负阐明地球重力在生物进化进程中的作用和空间不同重力环境中发展植物栽培技术的双重任务。向重力性分为正向重力性、负向重力性和横向重力性（地下茎水平方向生长）。
2．1 根的正向重力性 目前，解释根的向重力性运动机理有3种假说：Cholodny－Went学说、平衡石学说和双叉理论。
2．1．1 平衡石学说 早在达尔文时代就已知道根冠是感受重力刺激的部分，但根冠如何感受重力刺激，长期以来众说纷坛，其中Haberland-Nemee的平衡石学说受到普遍的重视。平衡石学说认为根冠感受重力刺激的是细胞内可移动的颗粒，称之为平衡石（statolith）。一般认为，造粉体（amyloplast）可能是根冠细胞中感受重力作用的平衡石或称之为重力传感器（gravisensor）。l个造粉体细胞含有 10～20个直径为 4～10 um的淀粉粒。含平衡石的细胞称为平衡细胞（statocytes）。植物体内的平衡石分布因器官而异。根部的平衡石在根冠中，而茎部的平衡石分布在维管束周围的1～2层细胞（淀粉鞘）。平衡石在重力影响下，下沉在细胞的底部。
试验表明，钙离子在向重力性反应中起着重要的作用。将含有钙离子螫合剂（如EGTA）的琼脂块放在横放玉米根的根冠上，无向重力性反应；如改用含钙离子的琼脂块，则恢复向重力性反应。进一步研究发现，玉米根冠中的钙调素浓度是伸长区的4倍。外施钙调素的抑制剂于根冠，则根丧失向重力性反应。
结合平衡石、生长素、钙离子和钙调素对向重力性的影响，有人提出向重力性的机理：根横放时，平衡石沉降到细胞下侧的内质网上，产生压力，诱发内质网释放钙离子到细胞质内，钙离子和钙调素结合激活细胞下侧的钙泵和生长素泵，于是细胞下侧积累较多的钙离子和生长素，影响该侧细胞的生长。
2．1．2 双叉理论 Mesland（1992）根据非线形不平衡热力学理论，提出重力整体作用概念，即所谓的双叉理论。双叉理论认为细胞核和细胞骨架在细胞对重力感受和传导中起着很重要的作用，推测在细胞中可能存在重力致敏窗（gravity-sensitive window）。
LorenziPerbal（1990）以扁豆幼苗为材料，通过不同处理条件下细胞核行为的研究发现，细胞核和细胞骨架确实起着重力感受器的作用。
刘承宪（2001）提出：重力感受的起始过程是根冠细胞中胞溶性Ca2+浓度局部增加，重力诱导胞溶性Ca2+浓度增加的机理，可能涉及到造粉体和细胞器的沉降，通过细胞骨架引起磷酸肌醇水解，胞溶性Ca2+浓度增加，活化钙调蛋白和刺激Ca2+和Ca2+－钙调蛋白依赖型的酶，如Ca2+－ATP酶和蛋白质激酶，很后导致胞内和胞外Ca2+梯度形成，不对称Ca2+分布可能有差别的修饰细胞骨架蛋白，改变维管方位，影响细胞壁合成和沉积，结果形成一种非刺激侧更快生长的生长梯度，产生弯曲。
2．2 茎的负向重力性 禾谷类作物的茎有负向重力性反应。玉米和高粱节间的基部膨大，小麦、水稻和燕麦的叶鞘基部有特殊感受重力器官（假叶枕）。当这些植物的茎横放或植株倒伏时，感受器官中的平衡石在2～10 min内便沉降到细胞下侧，15～30 min内开始呈负向重力性反应，下侧积累较多的生长素、赤霉素和乙烯，生长快，节间向上弯曲生长。
植物的向地性运动
一、材料准备
萌发并已长出幼根的玉米种子（小麦种子）
二、实验用具
培养皿、棉花、滤纸、粘胶带、橡皮泥(可略)、剪刀
三、实验步骤
1.选数粒饱满有生命力的玉米种子，放于培养皿中培养至其萌发并长出幼根。
2.选四粒长势良好的玉米种子，平放在一个培养皿中，使幼根分别朝向培养皿中央，按上下左右的位置安放好。
3.取一张滤纸，剪成和培养皿底部一般大小的圆，放到玉米种子上面，然后用棉花铺上直到填满整个培养皿，多少以种子不移位为宜，加水湿透棉花。
4. 盖上另半副培养皿，用粘胶带将培养皿封好。
5. 垂直培养，把培养皿竖直放置，用橡皮泥或其他物品固定。
6. 几天后，观察玉米根的生长方向。
四、注意事项
1. 本实验可用玉米种子直接从步骤2开始，但玉米种子必须确保能萌发，否则实验容易导致失败。
2. 棉花使用不宜过多过紧，多少以种子不移位为宜。
3. 用粘胶带将培养皿封口时，可留有部分空隙。
(一)原理和目的
植物向地性的产生与生长素有关，地心引力可影响生长素的分布。接受重力作用的部位是根、茎、胚芽鞘的尖端。当器官横放的时候，尖端组织产生的生长素向形态学下端运输时，受重力的影响而更多地分布于向地的一侧，而另一侧生长素浓度较低，又由于茎和根对生长素作用的敏感程度不同，反应也不同，产生根的正向地性生长，和茎的负向地性生长的现象。
通过观察植物向地性实验，加深对其产生原因的理解。
(二)实验用品
培养皿、滤纸、铅笔、油菜、白菜等幼苗(幼根长1厘米)十数株。
(三)实验步骤
1)选取数株幼根较直的幼苗。
2)将幼苗排列放在有潮湿滤纸的培养皿内，用铅笔记下根尖的位置，然后将培养皿斜放于暗处，使幼苗横放于水平位置(要使滤纸轻轻托住幼苗，不使其移动)。
3)24小时后观察：根向下弯曲，而茎向上弯曲。
4)另取几株幼苗用刀片切去其根尖的顶端，依同样方式处理，24小时后观察，切去根尖端的幼根不向地弯曲。
植物的向性运动
高等植物的运动不能像动物那样自由地移动整体位置，它只是植物体的器官在空间发生位置和方向的变动。
向性运动（tropic movement）是指植物对外界环境中的单方向刺激而引起的定向生长运动。它主要是由于不均匀生长而引起的，因此切去生长区域的器官或者已停止生长的器官都不会表现向性运动。根据刺激的种类可以相应地分为向光性、向重力性、向水性、向化性和向触性等。
向光性
向光性产生的机理仍在研究中，传统的观点认为是生长素浓度的差异造成的，是光刺激生长素自顶端向背光面侧向运输，背光面的生长素浓度高于向光面，背光面的生长较快，因此发生向光弯曲。但近年来认为，向光性的产生是由于生长抑制物质如萝卜宁、萝卜酰胺、黄质醛等的分布不均匀而引起的。蓝光对向光性运动很有效。
向重力性
是植物对地心引力的定向生长反应。根具有正向重力性，茎具有负向重力性。叶和某些植物的地下茎还有横向重力性。稻、麦倒伏后，能再直立起来就是因为茎节有负向重力性的缘故。植物具有向重力性具有明显的生物学意义。
植物在重力刺激下重新取向的过程可分感受、转导和顺应三个阶段。应用视频转换系统精确地测定玉米根的向重力性反应，发现约35{bf}的样品受重力后稳定地向下弯曲。但其余65{bf}的样品，在达到垂直指向前，有弯曲返回现象，重新弯曲时可在垂直指向周围来回摆动。
根冠是感受重力的部位。摘除根冠或移植根冠，根会失去或恢复顺应重力的特性。根冠细胞里有感受重力的细胞器如淀粉粒，常称平衡石。它们的沉积常与感受重力的变化呈正相关。用玻璃毛细电极测定重力取向变化时菜豆根伸长区细胞的电势，发现上下侧电势有急剧的不对称变化，这意味着伸长区也感受重力刺激。
很早就有人提出重力刺激可产生某种延长细胞物质的不对称分布，1937年Thimann概括为生长素的不均匀分布引起组织不对称的生长。生物测试法、色谱法都证实水平放置的根、茎的上侧生长素减少，下侧生长素增加。因根对生长素的敏感性强，故生长素将抑制组织下侧的生长而导致根的正向重力性，茎反之而导致茎的负向重力性。后来又发现在垂直取向的根中，钙均匀分布；而水平取向的根中，钙向下侧运动。并且，根冠中钙调素的浓度是伸长区的4倍。施加钙调素的抑制剂将会阻碍弯曲，因而钙泵和生长素泵学说认为，在这两个泵的作用下，钙和生长素在根冠下侧增多并聚积，从而引起处于不同位置的根内发生不同变化。
根冠的淀粉体受到重力影响，向下运动压在内质网上，诱使内质网将钙释放出来，钙与钙调素结合，呈激活状态，激活钙泵和生长素泵；分别将钙和生长素运到细胞壁；生长素大部分分布在根的下侧，钙也促进生长素返回伸长区下侧；这样，下侧生长素过多，抑制伸长区伸长，而上侧生长素较少，生长正常；上侧生长快，下侧生长慢，所以根就向重力方向弯曲生长。
近来，有人发现禾本科植物狗牙根匍匐茎重力刺激后，乙烯水平的上升与重力弯曲呈正相关，并且可以促使ACC合成酶及乙烯形成酶系，故认为乙烯也与向重力性有关。有人发现大豆的重力弯曲与一系列的mRNA的不对称分布有关，刺激3min后，有人分析了生长素与受体结合后的反应，认为重力取向变化时，组织对生长素的敏感度的变化更为重要。
光刺激诱发的效应是稳定的，短时间的重力刺激不能抵消向光性，但长时间的重力刺激可以消除向光性。红光对向重力性反应变化敏感，且不能被远红光所逆转，故认为光敏色素也与向重力性反应有关。重力刺激撤消，根的弯曲可随之减小以致消失，它可能来自刺激前的记忆。
随着太空技术的发展，人们都渴望揭示向性运动的机理。进一步的工作是确认很初发生的事件及关系，完善并修正以上多种看法，以寻求它们之间的关系，并能用以指导生产。
向化性
向化性（chemotropism）是指由于植物周围化学物质分布不均匀引起的生长运动。根的生长有向化现象，总是向肥料较多的区域生长。农业生产上利用作物的这种特性，可以用施肥影响根的生长，例如，水稻深层施肥可使根向土壤深层生长，分布广，对吸收水肥有利；又如种植香蕉时，可以采用以肥引芽的办法，把肥料施在人们希望它长苗的空旷处，使植株分布均匀。
向水性
当土壤较干燥而水分分布不均匀时，根总是向较潮湿的地方，即水势高的区域生长，这种现象叫做向水性。由于根的向重力性反应大大强于向水性反应，所以根的向水性研究较为困难。一种豌豆突变体的发现解决了这个问题。该突变体既无向重力性反应，又无向光性反应。利用这个突变体研究的结果表明，感受湿度梯度导致正向水性反应的部位是根冠，钙在根向水性反应中有作用。农业生产上蹲苗的采用，就是有意识地限制水分的供应，促使根向深处生长。
向触性
向触性（thigmotropism）是指有些植物与一个固体物接触时，很快发生生长变化的反应，很常见的例子就是黄瓜、南瓜、丝瓜、豌豆、葡萄等植物的卷须。正在生长的卷须自发地进行着回旋转头运动，不停地寻找附近的支持物，卷须端部腹侧较为敏感，与固体物一接触，立刻产生电波和化学物质向下传递，引发两侧细胞不均衡生长，很快围绕固体物缠绕起来，可在lh内绕几圈。这些植物依靠这种方式向上攀缘生长。卷须的行为包括自发的、向触性和感触性运动，由膨压、不均衡生长和原生质收缩共同作用下完成。
有人做了这样一个实验，将豌豆卷须置黑暗条件下3天，再摩擦卷须，它们不卷曲，这可能是因为卷须运动需要ATP；如果在摩擦后一小时内照光，就有卷曲反应，这说明卷须对触觉的刺激有“记忆”能力。
植物对重心的反应
茎背地弯曲，而根向地弯曲
根顺着重力方向向地生长
茎逆着重力方向背地生长
（就是不同部位对生长素的敏感度不同）
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